JP3624091B2 - 建設機械の冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル，セルフローダ，ブルドーザ，ホィールローダや、履帯式ローダ等の建設機械の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、油圧ショベル，セルフローダ，ブルドーザー，ホィールローダや、履帯式ローダ等の建設機械は山間部のダム，トンネル，河川，道路等の岩石の掘削やビル，建築物の取りこわし等に使用され、炎天下の非常に大気温度が高く、又上記作業現場の足場や地表面の悪い過酷な条件の中で、上記建設機械にとっては最大能力限界の出力でオーバロードにならないように、しかも連続的な稼働が強いられていることが多い。
【０００３】
上記建設機械の構造は上部車体，下部走行体，作業装置から構成されているが、これを、例えば油圧ショベルについて説明する。
油圧ショベル基本構造は、図５，図６に示したように上記上部車体は旋回可能に形成された上部旋回体２，上部旋回体２の下側に設けられる下部走行体４，種々の作業を行う作業装置６の３つの部分で構成され、上部旋回体２はエンジン８，図示しない油圧装置，旋回装置１２，オペレータ室１５などから構成されており、下部走行体４はカーボディ１６，トラックローラフレーム１８，走行装置２０及びその他の、図示しない足廻り装置から構成され、更に作業装置６はバケット２２を支持するブーム２４，アーム２５と、これを作動させる各種の油圧シリンダ，リンクロッドから構成されており、図５に示したＥＦはエンジンフードである。
【０００４】
そして、上記油圧ショベルの稼働のための装置は上記の走行装置２０，旋回装置１２，作業装置６であり、これら各装置の動力伝達はエンジン８の動力を油圧ポンプ２６で油圧力に変換して行っている。
又、走行装置２０においては、図示しないスイベルジョイントを経由して走行モータを作動してトラック２８に伝達し、又旋回装置１２においては、図示しない旋回モータを作動して旋回ギアに伝達し、更に作業装置６においては各種の油圧シリンダ等に伝達して上記油圧ショベルの作業を行っている。
【０００５】
上記のように、エンジン８で駆動される油圧ポンプ２６により吐出される、例えば約１４０〜３５０ｋｇ／ｃｍ^２ に高圧化された作動油は、種々の図示しないコントロールバルブで制御され上記各装置に伝達されて低圧油となり、再度上記コントロールバルブを経由して作動油タンク３０に戻り、再び油圧ポンプ２６により循環されるようになっている。
【０００６】
又、上記建設機械において、自走能力を有する走行性能を高めるため、走行中の負荷条件の変化により吐出圧が変化しても常にエンジン８の全馬力を油圧に変換できるようになっているものがある。
上記建設機械においては、自動車のように走行することが目的ではないので、上記建設機械に搭載されたエンジン８により、作動油が油圧ポンンプ２６の最大吐出圧になるように常時設定されており、この作動油を制御装置により制御弁をパイロット油圧や電磁力等で作動するアクチュエータで制御し、上記建設機械の自身の走行，回転及び各種々の上記建設作業を行っている。
【０００７】
従って、上記のように建設機械は稼働中においては、該建設機械がオーバロードにならない限界領域で連続的に一日中稼働することが多い。
そのため、該作動油が油圧ポンプ２６から吐出し、上記作業を行い、上記オイルクーラ５０側に戻る頃には、その温度が最大約９０〜１００℃に上昇するため、このまま使用し続けると高温により作動油成分が破壊され作動油の劣化が生じ、又油圧機器のシールが破壊され、油圧機器が破損するなどの不具合が発生する恐れがある。
【０００８】
そこで、上記のように作業を行い、帰還してきた作動油を、図６に示したように上記エンジンの冷却水用ラジエータ（以下、ラジエータと称す）４０の前面に重合するように配設された作動油用オイルクーラ（以下、オイルクーラと称す）５０にて冷却し作動油タンクに戻し、再び上記経路を循環するようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記作動油のオイルクーラ５０は、エンジン８のラジエータ４０の前面にラジエータ４０の冷却ファン５２に対して直列的に重合するように配設されている。
このため、オイルクーラ５０を通過し、高温の作動油を冷却したためかなり高音になった冷却空気が、再度ラジエータ４０を冷却するため、エンジン８を冷却してきた高音のエンジン８の冷却水に対する冷却能力は低減される。
【００１０】
そこで、図６で示したエンジン８に接続されているオイルクーラ５０，ラジエータ４０からオイルクーラ５０を分離独立し、オペレーター室１５の後部側に設け、ラジエータ４０の前方の冷却空気を妨げないようにする構成が提案されているが、これは作動油を上記のオイルクーラ５０自体により冷却しようとするものである。
【００１１】
そのため、作動油タンク３０は、その作動油タンク３０の形状や作動油タンク３０用の第１冷却ファンの位置とは無関係に配設されており、従来の直方体形状の作動油タンク３０の６面のうちのいずれか１面が、上記第１冷却ファンから離れた位置で、上記第１冷却ファンに辛うじて向いているに過ぎないものであるので、仮に上記第１冷却ファンから離れたいちで、この直方体のいずれかの１面が上記冷却ファンに対向するように配設されていたとしても、該直方体の残りの５面には上記冷却空気が殆ど流れず、作動油タンク３０を冷却することができない構成になっている。
【００１２】
一方、従来技術では、ラジエータ４０を冷却した冷却空気は、図６に示したようにエンジン８，作動油タンク３０に向かって排出され、上記冷却空気はこれらの装置を直接冷却する作用のあるが、上述したようにラジエータ４０から排出される冷却空気は、オイルクーラ５０を冷却したうえに再度ラジエータ４０を冷却した熱風であるため、その効果は極めて小さい。
【００１３】
又、油圧ショベルにおいて、冷却空気がオイルクーラ５０，ラジエータ４０を通過することによる冷却空気の温度上昇は、例えばそれぞれ約１０〜２０℃，約２０〜４０℃であるからオイルクーラ５０とラジエータ４０を分離独立した場合、上記冷却空気の温度上昇は格段に小さくなり、とくにオイルクーラ５０の後方で顕著である。
【００１４】
本発明は、これらの課題に鑑み創案されたもので、上記の建設機械に搭載されているエンジンに配設される、ラジエータ，オイルクーラや必要に応じて設けられる上記エンジンの過給機用インタクーラ等の冷却機のうちの少なくともいずれか一方の第１冷却機と該第１冷却機の冷却ファンとを上記エンジンから分離独立せしめて、上記第１冷却機の近傍に配設された作動油タンクを、上記第１冷却ファンからの冷却空気により積極的に冷却するように構成した建設機械の冷却装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の建設機械の冷却装置は建設機械の前後方向の前端部の一側部に配設されたオペレータ室と、上記建設機械の一側部の反対側の他側部に配設されるオイルクーラで構成される第１冷却機と、上記第１冷却機を冷却する第１冷却ファンと、該第１冷却ファンを駆動する駆動手段と、油圧ポンプが接続されているエンジンと上記第１冷却機との間に配設され上記第１冷却ファンに少なくとも対向する側の外壁面が突出し表面積が増大せしめられる三角柱，放物面体柱，球面体，楕円球体のうちのいずれか一つの形状で構成される作動油タンクと、上記建設機械の後部に設けられたカウンタウェイトと上記オペレータ室との間に横置きに配設された上記油圧ポンプが接続されている上記エンジンと、上記エンジンのクランク軸の軸線方向の前方に配設される上記エンジンのラジエータで構成される第２冷却機と、該第２冷却機を冷却する第２冷却ファンと、該第２冷却ファンを駆動する駆動手段とを備え、上記第２冷却機を通過後の冷却空気が上記作動油タンクの後方ヘ流れ上記エンジンに接続された油圧ポンプが冷却されるように構成されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項２記載の本発明の建設機械の冷却装置は、請求項１記載の構成において、上記一側部に前端部にオペレータ室を設け、該オペレータ室と上記建設機械のカウンタウェイトとの間に上記の油圧ポンプが接続されたエンジンを横置きに収納するエンジンルームが設けられていることを特徴としている。
【００１８】
請求項３記載の本発明の建設機械の冷却装置は、請求項１又は２記載の構成において、上記第１冷却ファンを駆動する駆動手段は油圧モータ，電動モータ，上記エンジン等により駆動されるように構成されていることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施形態を説明するが、本発明の建設機械の作動油の冷却装置を油圧ショベルに適用した場合を図１〜図４を用いて説明する。
図５，図６に示した上記従来例の油圧ショベルと実質的に同一の部位には同一符号を付して説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態を示すもので、図６と同様の状態を示す概略説明図、図２は図１の作動油タンクの変形例を示す概略拡大説明図であり、（Ａ）は上記作動油タンクの外壁面が三角柱の形状を有する作動油タンクの説明図、（Ｂ）は図２（Ａ）の変形例を示す該作動油タンクの外壁面が放物面体柱の形状を有する作動油タンクの説明図、（Ｃ）は図２（Ａ）のその他の変形例を示す球体形状を有する作動油タンクの説明図、（Ｄ）は図２（Ａ）のその他の変形例を示すもので楕円球体の形状を有する作動油タンクの説明図、図３は上記オイルクーラ作動油タンクを流れる冷却空気温度，作動油温度状況を示す概略説明図、図４は上記実施形態のその他の変形例を示す概略説明図であり、図１の矢視Ａを示す概略説明図である。
【００２１】
下部走行体４には上部走行体２が旋回自在に搭載されており、上部走行体２の後部にはカウンタウェイト２７及び上部旋回体２の前後方向に対して横置きに上記エンジン８が、図１に示したように設けられている。
又、このエンジン８の前方に装着された第２冷却ファン５２の前方にラジエータ４０が直列に配置されると共に、エンジン８の後方に油圧ポンプ２６が設けられている。
【００２２】
又、油圧ショベルの前後方向の前端部の一側部１ａには、オペレータ室１５が設けられ、オペレータ室１５とラジエータ４０との間の、オペレータ室１５後方に燃料タンク３１が配設されている。
又、上記一側部１ａと反対側の他側部１ｂには、オイルクーラ５０，このオイルクーラ５０用の第１冷却ファン５３，この第１冷却ファン５３を駆動する駆動手段５１の順に上記建設機械の前後方向に沿って設けられている。
【００２３】
更に、上記の第１冷却ファン５３の後方近傍には作動油タンク３０が設けられており、この作動タンク３０はオイルクーラ５０を冷却した冷却空気により積極的に冷却されるように構成されている。
そして、作動油タンク３０は、第１冷却ファン５３の前後のいずれか一方の位置に配設されると共に、第１冷却ファン５３に少なくとも対向する側の作動油タンク３０の外壁面３０ａの表面積が増大せしめられるように構成されている。
【００２４】
即ち、第１冷却ファン５３に対向する側の外壁面５３ａは、図２（Ａ）〜（Ｄ）に示したように、例えば三角柱、放物面体柱、球体，楕円球体の立方体等で形成され、その断面積が、例えば上記冷却空気の導入側より排出側に向かって少なくとも第１冷却ファン５３に対向する表面側において、増大するように構成されていればよい。
【００２５】
又、上記第１冷却ファン５３の前後に配設され少なくとも第１冷却ファン５３に対向する側の断面積形状が外壁面の表面積が増大せしめられるように構成された作動油タンク３０の冷却部位が作動油タンク３０を形成する部材と別体で形成し、上記の作動油タンク３０の第１冷却ファン５３に対向する側の外壁面３０ａに接続されるように構成してもよい。
【００２６】
又、油圧ポンプ２６から作業装置６等への上記作動油を制御するコントロールバルブ７０が燃料タンク３１と作動油タンク３０とエンジン８により包囲されるように設けられている。
本発明は上記のように構成されているので、図３に示したように上記建設機械が上記作業を行い、コントロールバルブ７０を介して高温、例えば最大約９０℃〜１００℃になった作動油がオイルクーラ５０に入ると、油圧ショベルの場合、大，中，小型機や設計仕様により相違するが上記作動油は、通常オイルクーラ５０の前面の冷却空気より約３５℃〜４５℃高く、オイルクーラ５０を通過することによる冷却空気の温度上昇は約１０℃〜２０℃であるから、図３に示したように作動油タンク３０より約１５℃〜３５℃低い冷却空気が断面積が漸増する外壁面３０ａを流れ、作動油タンク３０内の作動油を効果的に冷却する。
【００２７】
その後、上記排気風は、コトロールバルブ７０付近の空気を吸引しながら流れるので、コントロールバルブ７０をも冷却して大気中に排出される。
又、他方の第２冷却ファン５２により冷却空気の取入口４６から導入された冷却空気はラジエータ４０でエンジン８の冷却水を冷却した後、エンジン８，油圧ポンプ２６を冷却して、油圧ショベルから大気中に排出されるものであるが、図１に示したように上記オイルクーラ５０及びラジエータ４０の冷却空気の排出方向が略同一方向に向くように構成されているので、上記両冷却空気の相乗効果により互いに引き出す方向に作用しあうため、上記のラジエータ４０、オイルクーラ５０からの各々を冷却した後の上記両冷却空気を効率良く排出することができ、上記の両冷却機４０，５０の冷却性能能を向上せしめることがきるため、作動油タンク３０の小型化を可能にすることができる。
【００２８】
又、上記実施形態では、オイルクーラ５０及び第１冷却ファン５３を上記オペレータ室１５と上記反対側に配設した場合を説明したが、これに限られるものではなく、上記上部旋回体２のどの位置に配設してもよく、又上記反対側にラジエータ４０，第２冷却ファン５２，エンジン８，油圧ポンプ２６を縦置きにした、所謂、エンジン縦置形に配設し、上記のオイルクーラ５０，ラジエータ４０，第１冷却ファン５３を上記オペレータ室１５の後方に横置きにする場合でも上記実施形態と略同様の作用効果を奏することができるものである。
【００２９】
又、作動油タンク３０の形状は、図２（Ａ）〜（Ｄ）に示したように、その外壁面３０ａの形状は、例えば三角柱，放物面体柱，球面体，楕円球体等の第１冷却ファン５３からの冷却空気の接触面積が増大できる形状であればよい。
更に、上記に加えて、図４に示したようにエンジン８の排気系において、エンジン８の排気管８ａにマフラＭを配設し、このマフラＭの出口部が配設されたエンジンルームＥＲの上部隔壁Ｗｅの一部に、外部に排出されるエンジン排気圧を用いてエンジンルームＥＲ内の加熱空気を吸引し外部に排出する外管と内管とからなるエジェクタＥＪを設ければ、エンジンルームＥＲ，エンジン８，油圧ポンプ２６等を、更に効果的に冷却し該冷却効率を向上することもできる。
【００３０】
そして、上記のエジェクタＥＪは、マフラＭから突出する内管としてのマフラＭから延設される排気管８ａの排気出口端部Ｍ１と、この排気出口端部Ｍ１の周囲に間隔を存してエンジンルームＥＲから排気出口端部Ｍ１より長く突出された外管としての吸引管Ｍ２と、上記の排気出口端部Ｍ１と吸引管Ｍ２との間に形成され、エンジンルームＥＲ内の空気を吸引する吸引間隙Ｍ３とにより構成されている。
【００３１】
又、必要に応じて上記のエジェクタＥＪとはエンジンルーム内風路ＥＹを介し反対側の位置するエンジンルームＥＲの底部隔壁Ｗｄにスリット状の多数の吸気口Ｒ１が設けて、エンジンルームＥＲ内の換気を促進すれば、上記冷却効率を向上することができる。
上記の吸気口Ｒ１は、エンジンルームＥＲ外部へのエンジン騒音の漏洩の抑制する騒音抑制手段ＮＳとしてのルーパＲをそれぞれ具備しており、これらのルーパＲは各空気口Ｒ１より切起こして形成されている。
【００３２】
更に、騒音抑制手段ＮＳは、図示しないが、例えばボックス形状に形成された吸気口Ｒ１にて消音効果を持たせ、吸気口Ｒ１からエンジンルームＥＲの外部に漏出するエンジン騒音及び吸気音を抑制するようにしてもよい。
従って、エンジン８に配設された排気管８ａの排気出口端部Ｍ１から噴出するエンジン排気流の周囲に負圧が生じ吸引間隙Ｍ３も負圧となるので、この負圧によるポンプ作用により、エンジンルームＥＲ内の空気を熱とともに吸引して外部に強制的に排出することができる。
【００３３】
又、上記のエジェクタＥＪを設けた場合には、このエジェクタＥＪだけで充分冷却できる時には上記第１冷却ファン５２を省略し、コストを低減することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の建設機械の冷却装置によれば、建設機械の前後方向の前端部の一側部に配設されたオペレータ室と、上記建設機械の一側部の反対側の他側部に配設されるオイルクーラで構成される第１冷却機と、上記第１冷却機を冷却する第１冷却ファンと、該第１冷却ファンを駆動する駆動手段と、油圧ポンプが接続されているエンジンと上記第１冷却機との間に配設され上記第１冷却ファンに少なくとも対向する側の外壁面が突出し表面積が増大せしめられる三角柱，放物面体柱，球面体，楕円球体のうちのいずれか一つの形状で構成される作動油タンクと、上記建設機械の後部に設けられたカウンタウェイトと上記オペレータ室との間に横置きに配設された上記油圧ポンプが接続されている上記エンジンと、上記エンジンのクランク軸の軸線方向の前方に配設される上記エンジンのラジエータで構成される第２冷却機と、該第２冷却機を冷却する第２冷却ファンと、該第２冷却ファンを駆動する駆動手段とを備え、上記第２冷却機を通過後の冷却空気が上記作動油タンクの後方ヘ流れ上記エンジンに接続された油圧ポンプが冷却されるように構成されているので、上記第１冷却機を上記第１冷却ファンで導入された冷却空気が、上記増大された外壁面を流れ、該作動油タンク内の作動油を効果的に冷却するため、上記冷却性能を向上せしめて小型化することができると共に、コストを低減することができる。
【００３７】
請求項２記載の本発明の建設機械の冷却装置によれば、請求項１記載の構成において、上記一側部に前端部にオペレータ室を設け、該オペレータ室と上記建設機械のカウンタウェイトとの間に上記の油圧ポンプが接続されたエンジンを横置きに収納するエンジンルームが設けられているので、上記のエンジンがエンジンルームに収納されているため、該エンジンの騒音をできるだけ遮断することができる。
【００３８】
請求項３記載の本発明の建設機械の冷却装置によれば、請求項１又は２記載の構成において、上記第１冷却ファンを駆動する駆動手段は油圧モータ，電動モータ，上記エンジン等により駆動されるように構成されているので、請求項１又は２の効果に加え、設計時の自由度があり、設計仕様に応じて冷却効率のよい上記冷却装置を種々製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、図６と同様の状態を示す概略平面図である。
【図２】図１の作動油タンクを示す概略拡大斜視図であり、（Ａ）は上記作動油タンクの外壁面が三角柱の形状を示す作動油タンクの説明図、（Ｂ）は図２（Ａ）の変形例を示す該作動油タンクの外壁面が放物面体柱の形状を示す作動油タンクの説明図、（Ｃ）は図２（Ａ）のその他の変形例を示す球体形状の作動油タンクの説明図、（Ｄ）は図２（Ａ）のその他の変形例を示すもので楕円球体の形状を有する作動油タンクの説明図である。
【図３】図１の上記オイルクーラの作動油回路の作動油温度状況を示す概略説明図である。
【図４】上記実施形態の変形例であり、図１の矢視Ａを示す概略説明図である。
【図５】従来例の油圧ショベルを示す概略斜視図である。
【図６】図５の平面図を示す概略説明図である。
【符号の説明】
２ 上部旋回体
４ 下部走行体
６ 作業装置
８ エンジン
１２ 旋回装置
１５ オペレータ室
１６ カーボディ
１８ トラックローラフレーム
２０ 走行装置
２２ バケット
２４ ブーム
２６ 油圧ポンプ
３０ 作動油タンク
３０ａ 作動油タンクの外壁面
３１ 燃料タンク
３３ ストレージボックス
３２ 隔壁板
３６ エンジンルーム
４０ ラジエータ
５０ オイルクーラ
５２ 冷却ファン
３０ａ 作動油タンクの外壁面
ＥＲ エンジンルーム
Ｍ マフラ
Ｍ１ 排気出口端部
Ｍ２ 吸引管
Ｍ３ 吸引間隙

Claims (3)

1. 建設機械の前後方向の前端部の一側部に配設されたオペレータ室と、上記建設機械の一側部の反対側の他側部に配設されるオイルクーラで構成される第１冷却機と、上記第１冷却機を冷却する第１冷却ファンと、該第１冷却ファンを駆動する駆動手段と、油圧ポンプが接続されているエンジンと上記第１冷却機との間に配設され上記第１冷却ファンに少なくとも対向する側の外壁面が突出し表面積が増大せしめられる三角柱，放物面体柱，球面体，楕円球体のうちのいずれか一つの形状で構成される作動油タンクと、上記建設機械の後部に設けられたカウンタウェイトと上記オペレータ室との間に横置きに配設された上記油圧ポンプが接続されている上記エンジンと、上記エンジンのクランク軸の軸線方向の前方に配設される上記エンジンのラジエータで構成される第２冷却機と、該第２冷却機を冷却する第２冷却ファンと、該第２冷却ファンを駆動する駆動手段とを備え、上記第２冷却機を通過後の冷却空気が上記作動油タンクの後方ヘ流れ上記エンジンに接続された油圧ポンプが冷却されるように構成されていることを特徴とする、建設機械の冷却装置。
2. 上記一側部に前端部にオペレータ室を設け、該オペレータ室と上記建設機械のカウンタウェイトとの間に上記の油圧ポンプが接続されたエンジンを横置きに収納するエンジンルームが設けられていることを特徴とする、請求項１記載の建設機械の冷却装置。
3. 上記第１冷却ファンを駆動する駆動手段は油圧モータ，電動モータ，上記エンジン等により駆動されるように構成されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の建設機械の冷却装置。

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